JP2020023042A - 発泡プラスチック製面材の切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡プラスチック製の面材の切断工程を効率化し切断面を平坦にする。【解決手段】面材１６を切断刃２２で切断する。第１モードで、刃線４４を角度αに傾斜させ、切断を開始後、刃線４４が表面４６に達する直前に、第１モードを終了する。第２モードで、刃線４４を角度β＝１８０度−αに傾斜させ刃線４４が一方の表面４５に達する直前に第２モードを終了する。このとき、刃線に平行に一定の力FH*+Fcos(α)を作用させる。この動作を繰り返す。【選択図】図６

Description

本発明は、建物の断熱床や壁等に使用する発泡プラスチック製の面材を、設計されたサイズに切断加工するための発泡プラスチック製面材の切断装置に関する。

建物の断熱床や壁等に使用する面材を効率よく切断する装置は本発明者等が紹介している(特許文献１）（特許文献２）。

特許第５７９５１３４号公報 特開昭６４−２７５８２４号公報

既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
建物の断熱床・壁等には、発泡プラスチック製の面材を加工したものが多用されている。発泡プラスチックには、例えば、ビーズ法ポリスチレンフォーム、押出法ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、フェノールフォーム、硬質ウレタンフォーム等が知られている。

これらの面材は、熱線を用いたり、上記の特許文献１に示すようなカッターナイフで切断したりする。しかし、発泡プラスチック製の面材は、厚みが大きくなると切断抵抗が高くなり、切断面が荒れて平坦にならないという問題があった。電動鋸では効率よく作業ができるが、大量の切り屑が発生するという問題がある。また、熱線で切断する場合には化学反応によりガスが発生するという問題がある。特許文献２には、カッターナイフを往復動させて切断をする機構が紹介されているが、厚みのある建材の切断にはこのような機構は不向きで、連続的に綺麗な切断面を得ることができない。本発明は上記の課題を解決するためになされたものである。

以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。

＜構成１＞
発泡プラスチック製の面材を固定する装置と、面材を切断する切断刃と、この切断刃の動作を制御する切断刃駆動装置とを備え、面材の表面に対して切断刃の刃線を角度θに傾斜させて、面材の表面に平行な向きに力Ｆを作用させながら、切断刃を移動させて面材を切断して、面材の断面及びFHが面材の内側に向かう方向に加わる一表面が良好なときの、力Ｆ*と傾斜角θ*を予め求め、F*= FC*／sin(θ*)となるFC*および、F*=FH*/ cos(θ*) となるFH*を算出し、定数パラメータとして上記切断駆動装置に記憶させ、この切断刃駆動装置が以下の制御を実行する面材の切断装置。
（１）面材の一方の表面と他方の表面に交叉する平面に沿って、面材を切り裂くように、力F＝FC*／sin(α)（αは下記（２）に記す角度）を切断完了まで加え続ける。
（２） 第１モードで、刃線を面材の表面に対して角度α（６０度≦α＜９０度）に傾斜させる。
（３） 切断刃をその刃線に平行に一方の表面から他方の表面に向かう方向に動かし、刃線に平行に一定の力FH*+Fcos(α)を一方の表面側から他方の表面側へ向かう向きに作用させる。
（４） 刃線が他方の表面４６に達する直前に、切断刃を刃線に平行に動かす第１モードを終了する。
（５） 第２モードで、刃線を面材の表面に対して角度β＝１８０度−αに傾斜させる。
（６） 切断刃をその刃線に平行に他方の表面４６から一方の表面に向かう方向に動かし、刃線に平行に一定の力FH*+Fcos(α)を他方の表面から一方の表面へ向かう向きに作用させる。
（７） 刃線が一方の表面に達する直前に、切断刃を刃線に平行に動かす第２モードを終了する。
（８）以下、上記の第１モードと第２モードを交互に繰り返して面材全体を切断する。

＜構成２＞
厚みが３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の発泡プラスチック製の面材を固定する装置と、面材を切断する切断刃と、この切断刃の動作を制御する制御装置とを備え、面材の表面に対して切断刃の刃線を角度θに傾斜させて、面材の表面に平行な向きに力Ｆを作用させながら、切断刃を移動させて面材を切断して、面材の断面及びFHが面材の内側に向かう方向に加わる一表面が良好なときの、力Ｆ*と傾斜角θ*を予め求め、F*= FC*／sin(θ*)となるFC*および、F*=FH*/ cos(θ*) となるFH*を算出し、定数パラメータとして上記切断駆動装置に記憶させ、この制御装置が以下の制御を実行する面材の切断装置。
（１）面材の一方の表面と他方の表面に交叉する平面に沿って、面材を切り裂くように、力F＝FC*を切断完了まで加え続ける。
（２） 刃線を面材の表面に対して直角に向ける。
（３） 切断刃をその刃線に平行に往復動させ、刃線が移動する向きにFH*を作用させる。
（４） 上記往復動の振幅を１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲に設定する。
（５） 上記の往復動の振動数を毎分１０００回以上７０００回以下に設定する。
＜構成３＞
厚みが３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の発泡プラスチック製の面材を固定する装置と、面材を切断する切断刃と、この切断刃の動作を制御する制御装置とを備え、面材の表面に対して切断刃の刃線を角度θに傾斜させて、面材の表面に平行な向きに力Ｆを作用させながら、切断刃を移動させて面材を切断して、面材の断面及びFHが面材の内側に向かう方向に加わる一表面が良好なときの、力Ｆ*と傾斜角θ*と発生した荒れの周期を予め求め、F*= FC*／sin(θ*)となるFC*および、F*=FH*/ cos(θ*) となるFH*を算出し、定数パラメータとして上記切断駆動装置に記憶させ、この制御装置が以下の制御を実行する面材の切断装置。
（１）面材の一方の表面と他方の表面に交叉する平面に沿って、面材を切り裂くように、力F＝FC*を切断完了まで加え続ける。
（２） 刃線を面材の表面に対して直角に向ける。
（３） 切断刃をその刃線に平行に往復動させ、刃線が移動する向きにFH*を作用させる。
（４） 上記往復動の振幅を１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲に設定する。
（５） 上記の往復動の振動数を上記の荒れの周期よりも短周期に設定する。
＜構成４＞
厚みが１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下のビーズ法ポリスチレンフォーム製の面材を固定する装置と、面材を切断する切断刃と、この切断刃の動作を制御する制御装置とを備え、面材の表面に対して切断刃の刃線を角度θに傾斜させて、面材の表面に平行な向きに力Ｆを作用させながら、切断刃を移動させて面材を切断して、面材の断面及びFHが面材の内側に向かう方向に加わる一表面が良好なときの、力Ｆ*と傾斜角θ*を予め求め、F*= FC*／sin(θ*)となるFC*および、F*=FH*/ cos(θ*) となるFH*を算出し、定数パラメータとして上記切断駆動装置に記憶させ、この切断駆動装置が以下の制御を実行する面材の切断装置。
（１）面材の一方の表面と他方の表面に交叉する平面に沿って、面材を切り裂くように、力F＝FC*を切断完了まで加え続ける。
（２） 刃線を面材の表面に対して直角に向ける。
（３） 切断刃をその刃線に平行に往復動させ、刃線が移動する向きにFH*を作用させる。
（４） 上記往復動の振幅を１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲に設定する。
（５） 上記の往復動の振動数を毎分１０００回以上７０００回以下に設定する。
＜構成５＞
厚みが１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下のビーズ法ポリスチレンフォーム製の面材を固定する装置と、面材を切断する切断刃と、この切断刃の動作を制御する制御装置とを備え、面材の表面に対して切断刃の刃線を角度θに傾斜させて、面材の表面に平行な向きに力Ｆを作用させながら、切断刃を移動させて面材を切断して、面材の断面及びFHが面材の内側に向かう方向に加わる一表面が良好なときの、力Ｆ*と傾斜角θ*と発生した荒れの周期を予め求め、F*= FC*／sin(θ*)となるFC*および、F*=FH*/ cos(θ*) となるFH*を算出し、定数パラメータとして上記切断駆動装置に記憶させ、この制御装置が以下の制御を実行する面材の切断装置。
（１）面材の一方の表面と他方の表面に交叉する平面に沿って、面材を切り裂くように、力F＝FC*を切断完了まで加え続ける。
（２） 刃線を面材の表面に対して直角に向ける。
（３） 切断刃をその刃線に平行に往復動させ、刃線が移動する向きにFH*を作用させる。
（４） 上記往復動の振幅を１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲に設定する。
（５） 上記の往復動の振動数を上記の荒れの周期よりも短周期に設定する。

カッターナイフ式の切断刃を所定の力で長手方向に往復動させながら切断するので、切断刃の長手方向に発生する面材との間の摩擦力が切断線に沿って面材を裂く力を発生させる。これにより綺麗な切断面を得ることができる。また、切断速度も経済的なレベルに設定することができる。特に面材の表面と切断刃とが交叉する部分での荒れを防止することができる。

本発明の発泡プラスチック製面材の切断装置の主要部を示す斜視図である。 本発明の切断装置の全体構造を示す斜視図である。 角度調整機構の機能を説明するための装置主要部側面図である。 切断刃の有効長の説明図である。 実施例４で説明する刃物の切断原理図である。 実施例４の装置の切断刃の制御方法の説明図である。 上記の制御を可能にする機構の具体例斜視図である。 往復駆動機構の内部構造例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。

図１は本発明の発泡プラスチック製面材の切断装置の主要部を示す斜視図、図２はその全体構造を示す斜視図である。なお、図１の（ａ）は切断刃駆動装置の具体的な斜視図、（ｂ）はその動作時の側面図である。
本発明の切断装置１２は、図２に示すように、加工台１４上で発泡プラスチック製の面材１６の加工位置を決める位置決め装置１８と、位置決めされた上記面材１６を上記加工台１４上で固定するクランプ装置２０とを備える。これは、特許文献１で紹介した装置と同様のものである。

即ち、面材１６を加工台１４上に搬入し、位置決め装置１８でその加工台１４上の位置決めをする。その後何台かのクランプ装置２０で面材１６を加工台１４上に押しつけて固定する。この状態で、切断刃駆動装置２４を駆動して、切断刃２２で面材１６を切断する。

上記面材１６から製品を切り出すために、市販のカッターナイフ式の切断刃２２を使用することができる。一般的に市販されているカッターナイフ式の切断刃２２は、端の部分から使用を開始して少しずつ使用済み部分を捨てて切れ味を維持できる。本発明ではこの機能を利用する。

切断刃駆動装置２４は、図２に示すように、切断刃２２の一端を支持して、その切断刃２２を長手方向に往復動させながら切断方向に上記切断刃２２を移動させる。図１には、切断刃駆動装置２４の各部の機構を具体的に図示した。

上記切断刃駆動装置２４は、支持機構３０と角度調整機構３２と往復駆動機構２８とを備えている。支持機構３０は、上記カッターナイフ式の切断刃２２の一端を掴んで差し替え可能に支持する構造を有する。具体的には、図のように、金具３４で切断刃２２を挟み、ボルト３６をナイフの孔３８に通して締め付けて固定する。この切断刃２２の固定部分は他の機械的な任意の構造に置き換えできる。

角度調整機構３２は、切断刃駆動装置２４の背面を支持しており、切断刃２２の上記加工台１４の面に対する傾斜角を調整する機能を持つ。この例では、角度調整機構３２は走行機構４０と一体化されている。走行機構４０は、切断方向に平行に架設されたレールに沿って走行する機能を有する。なお、走行機構４０やレール４２の配置や構造は同様の機能があれば自由に変更できる。

上記の角度調整機構３２により、切断刃駆動装置２４とともに切断刃２２の傾斜角を指定された角度に選定する。往復駆動機構２８は、上記切断刃２２を、その長手方向に平行に往復動させる構造を有する。例えば、往復駆動機構２８の内部に収容したクランクやカム機構によってこの機能を実現できる。

また、上記切断刃２２は面材１６を切断しながら加工台１４に沿って移動するが、その移動中に切断刃２２の他端が切断方向と直交する方向に振動するおそれがある。そこで、切断刃２２の他端が加工台１４に沿って移動するときにその両側を挟むように配置された溝により、振れ止め装置２６を構成する。これによりその振動が抑制される。

以上の装置は、カッターナイフ式の切断刃２２を長手方向に往復動させながら面材１６を切断するので、切断刃２２の長手方向に面材との摩擦が発生し、切断前線で面材を分離させる力を発生させ切断力が向上する。なお、切断前線とは、切断刃２２の刃先と面材の接する線状の部分のことをいう。これにより面材１６に綺麗な切断面を形成することができる。

図３は角度調整機構３２の機能を説明するための装置主要部側面図である。
図に示すように、上記切断刃駆動装置２４は、上記面材１６の厚みに応じて、上記加工台１４の面に対して予め設定した角度aに切断刃２２を支持する。例えば、上記加工台１４の面と上記往復動の方向Ａに向いた線の挟む角をaとしたとき、上記面材１６の厚みが薄いほど、角度aを小さく設定する。これにより、切断刃のある程度長い範囲を万遍なく使用できる。従って切断刃２２の寿命が延びるという効果がある。

図４は、切断刃２２の有効長の説明図である。
図４に示すように、市販の切断刃２２は、例えば、その先端からｂ１，ｂ２，ｂ３というように、３箇所に区分されており、使用済みの部分を捨てて常に新しい刃を使用して切断ができるようになっている。この１つの区分の長さを有効長と呼ぶことにする。

上記往復駆動機構２８は、上記加工台１４の面を基準にして、この有効長に相当する振幅で上記支持機構３０を往復動させる。即ち、有効長を複数箇所に定めて、区分毎にｂ１，ｂ２，ｂ３の順番に切断に使用して、使用済み部分を捨てるようにできる。また、往復動により区分全体を万遍なく使用するので、切れ味も一定期間維持できる。

厚みが３０ｍｍ〜１００ｍｍ程の範囲の発泡プラスチック製の面材について、上記の装置を使用してその効果を検証した。上記切断刃２２の往復動の振幅は１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲で、切断刃を有効にかつ万遍なく使用できることと、良好な切断面を得られることが分かった。振幅を１ｍｍ未満にすると切断刃を万遍なく使用する効果が減少し切断刃の消耗が激しくなる。振幅が１０ｍｍを越えると面材の切断面との摩擦による発熱が悪影響を及ぼす。

以上のことから、厚みの最小に近い面材は振幅を１ｍｍ〜３ｍｍ程度にし、厚みが最大に近い面材は振幅を５ｍｍ〜１０ｍｍにすると良好な切断面を得られることがわかった。また、往復動の振動数は、毎分１０００回以上７０００回の範囲がよいことが分かった。振動数が１０００回未満ではそれ以上の場合と比較して切断速度が遅くなり生産性が悪くなる。一方振動数が７０００回を越えると騒音により作業性に悪影響を与えることが分かった。

本発明において、刃物を用いて切断をする対象は、建物に使用される発泡プラスチック製の面材である。材質別にはビーズ法ポリスチレンフォーム、押出法ポリスチレンフォーム、フェノールフォーム、硬質ウレタンフォームなどがある。本発明の装置はいずれにも利用できる。

上記のような面材を切断するには、切断刃を傾斜させて、特許文献1のように一直線に刃物を移動させる方法が一般的である。図５は、この一般的な方法の切断原理図である。この方法で面材を切断すると、一方の表面４５に極めて近い部分以外は滑らかに切断される。これに対して、一方の表面４５に極めて近い部分では切り口の一部が突き出すように荒れることがあった。以下にその原因を説明する。ここで、面材は板状の直方体としておく。

図５（ａ）には切断刃２２が面材１６を切り裂いていく状態の上面図を示した。また図５（ｂ）にはこのときの面材１６と切断刃２２の側面図を示した。

図５（ｂ）に示すように、切断刃２２に対して面材１６の表面に平行な矢印の方向に力Ｆを加える。この力Ｆは、切断刃２２の刃線（刃の先端部分の線）４４に垂直な力FCと平行な力FHに分解できる。力FCは面材１６を切り裂いていく力となる。刃線４４と面材１６との間には、力FHと逆方向に摩擦力が発生する。

このように、刃線４４を面材１６の表面に対して傾斜させて力Ｆを加えると、いわゆる押し切りでなく引き切りと同様の効果が得られる。切断理論によれば、上記の摩擦力が、図５（ａ）に示す刃線４４の両側面で面材１６を押し広げる力FWを生じさせる。

刃線４４の両側面で適切な大きさの力FWを得るためには、刃線４４と面材１６が接触する部分の摩擦力の大きさが重要になる。摩擦力が生じているのは、図５（ｂ）において、刃線４４と面材１６とが接触している線状部分である。刃線４４に沿って力FHが均等に分散して加わり、摩擦力がそれに抗して発生する。

図５（ｂ）には、刃線４４と面材１６の一方の表面４５とが交差する部分に１点鎖線の円Ｒを描いた。この１点鎖線の円Ｒの部分、すなわち一方の表面４５に極めて近い部分では、上記の力FHが面材の外側に向かう方向に加わるため、図５（ｃ）に示すように、一方の表面４５の切り口の一部が突き出すように荒れると考えられる。一方、図５（ｄ）に示すように、面材１６の他方の表面（反対側の表面）４６では、上記の力FHが面材１６の内側に向かう方向に加わるため同様の荒れは生じない。これが、一方の表面４５に極めて近い部分以外は滑らかに切断されているのに、一方の表面４５に極めて近い部分では切り口の一部が突き出すように荒れる原因である。

実際に、面材１６を力Fと傾斜角θを様々に変化させて切断してみると、力Fと傾斜角θの組合せにより、滑らかな切断面や、波打つような切断面が得られた。このことから、力Fと傾斜角θを調節して、力FCと力FHとを適切な大きさに選定することにより所望の滑らかさの切断面が得られることがわかる。 そして、FC=Fsin(θ)、FH＝Fcos(θ)を計算してみると、FC、FHともに大きいほど滑らかな切断面を得られるのであるが、ある値以上になると切断面に差がなくなる。力Fを大きくすると設備費用が高くなるのであるから、最も滑らかな切断面を所望する場合、設備費用を最小化する最適な力Fと傾斜角θが存在することがわかる。また、製品仕様によっては、切断面が最も滑らかでなくてもよい場合もある。場合に応じて最適な力Fと傾斜角θが存在する。

例えば、押出法ポリスチレンフォーム面材（厚さ６５ミリ）に対して、最適な力Fと傾斜角θは、それぞれ、F=２００[N]、θ＝π／4（４５度）であったので、最適なFC=141[N]、最適なFH=141[N]となる。以下では、FC*はFCの最適値、FH*はFHの最適値を表すことにする。なお、一方の表面４５には約１０ミリ間隔で切り口の一部が突き出すような荒れが発生していた。切断刃は０．４[m/s]（等速）で送られていた。

以上をまとめると、押出法ポリスチレンフォーム面材（厚さ６５ミリ）を切断するのに最適な、これを切り裂いていく力（FC*）の大きさは141[N]、向きは刃線に垂直な向きということができる。最適な摩擦力を発生させる力（FH*）の大きさは141[N]である。したがって、最適な面材を押し広げる力（以下、FW*と表記）を得る摩擦力の大きさは141[N]（FH*と釣り合うので）で、刃線に平行で向きは任意である。向きが任意である理由は、FW*は、摩擦力の向きに依存しないためである。

上記に説明したように、面材の材質や厚さに応じて、それぞれの場合に最適な力Ｆと傾斜角θを切断刃に与えて面材を切断しても、面材１６の一方の表面４５だけは荒れを生じる場合がある。これは以下のような切断制御で解決することができる。すなわち、一方の表面４５または他方の表面４６と刃線４４が交叉する際には、刃線に平行な力FH*を面材の内側に向くように切断刃の動きを制御する。

図６は、実施例４の装置の切断刃の制御方法の説明図である。
なお、図６の説明で使用する記号は以下のとおりのものであり、FC*とFH*は上記の方法で求めておく。
F ：切断刃の移動方向に作用する力（＝FC*／sin(α)で算出）
α ：切断刃の面材の表面に対する傾斜角（刃線と一方の表面がなす角）
（６０度≦α＜９０度）
FC*：刃線に垂直で、切断刃の移動方向に面材を切り裂いていく力の最適値（定数）（設備費用を最小化するため）
FH*：刃線と平行で刃線と面材に摩擦力を発生させる力の最適値（定数）
FL : 面材を押し広げる力を発生させる摩擦力を発生させる力、
向きはF cos(α)と逆向き、大きさはFH*+F cos(α)

まず、図６（ａ）は、切断刃２２を用いて面材１６の切断を開始する直前における、面材１６と切断刃２２の側面図である。ここで刃線４４を面材１６の表面に対して図６（ａ）のように角度αに傾斜させる。（６０度≦α＜９０度）

そして、切断刃２２に対して、面材１６の表面に平行な矢印の向きに力F=FC*／sin(α)を作用させながら、切断刃２２を動かして切断を開始する。なお、矢印の向きの力Fは切断完了まで一定の値を維持し、切断刃の移動速度を一定にして切断完了まで停止しない。刃線４４に平行で一方の表面４５の外側に作用する力Fcos(α)を打ち消して、一方の表面４５の内側に作用する力の大きさがFH*となるようにFH*+Fcos(α)の大きさの力を刃線と平行に面材の内側向きに作用させる。切断刃２２を刃線４４に平行に一方の表面側から他方の表面側へ動かし、面材１６と刃線４４との接触面に、図５（ａ）で説明したように、面材１６を左右に押し広げようとする力FW*を発生させる。

なお、図６において、面材１６のこれから切断される断面にはハッチングを付した。既に切断された面にはハッチングが無い。（ａ）の状態から切断を開始すると、上記の力FC*と力FＷ*の作用により、（ｂ）のように面材１６が切り裂かれていく。このときの円Ｒの部分は、図５（ｄ）に示した状態であって、上記のような荒れは生じない。

図６（ｂ）のように切断を進めて、刃線４４が他方の表面４６に達する直前に、刃線４４を面材１６の表面に対して図６（ｃ）のように角度β＝１８０度−αに傾斜させるように傾きを変更する。図６（ａ）に示す角度αと図６（ｃ）に示す角度αは同じ値である。図６（ａ）に示す角度αと図６（ｃ）に示す角度αを同じ値にする理由は、上記の力Fを一定にするためである。

そして、上記と同様に、刃線４４に平行で他方の表面４６の外側に作用する力Fcos(α)を打ち消して、他方の表面４６の内側向きに作用する力を与える。その大きさがFH*となるようにFH*+Fcos(α) の大きさの力を刃線と平行に面材の内側向きに作用させる。こうして、切断刃２２を刃線４４に平行に他方の表面側から一方の表面側へ動かし、面材１６と刃線４４との接触面に、面材１６を左右に押し広げようとする力FW*を発生させる。これで、面材１６が図６（ｄ）に示すように切り裂かれていく。

ここで、図６（ｄ）のように切断を進めて、刃線４４が一方の表面４５に達する直前に、刃線４４を面材の表面に対して角度αに傾斜させるように傾きを変更する。即ち、図６（ａ）に示した傾きにする（図６（ｅ））。

そして、上記と同様に、刃線に平行で一方の表面の外側に作用する力Fcos(α)を打ち消して、一方の表面の内側に作用する力の大きさがFH*となるように、FH*+Fcos(α)の力を刃線と平行で面材の内側向きに作用させる。切断刃２２を刃線４４に平行に一方の表面側から他方の表面側へ動かすと、面材１６が図６（ｆ）に示すように切り裂かれていく。以下、図６（ｆ）、図６（ｇ）、図６（ｈ）でも上記と同様の動作を繰り返して面材１６の切断をする。

ここで、傾斜角αの設定方法について説明する。F= FC*／sin(α)であるからαは９０度に近いほど力Fを小さくでき、エネルギーコストを低減できる。ところが、αが９０度に近いと、切断刃の移動速度が一定ならば、図６（ａ）、（ｃ）に示す切断刃と一方の表面または他方の表面との傾斜角の切り替え頻度が増えて、機械的な負荷が上がる、というトレードオフ関係がある。このトレードオフ関係を考慮して、６０度≦α＜９０度で、良好なαの値を試行で求めるとよい。

切断刃駆動装置２４による切断刃２２の制御動作を整理すると下記のようになる。
（１） 面材の表面に対して切断刃の刃線を角度θに傾斜させて、面材の表面に平行な向きに力Ｆを作用させながら、切断刃を移動させて面材を切断して、面材の断面及びFHが面材の内側に向かう方向に加わる一表面が良好なときの、力Ｆ*と傾斜角θ*を予め求め、F*= FC*／sin(θ*)となるFC*および、F*=FH*/ cos(θ*) となるFH*を算出し、定数パラメータとして上記切断駆動装置に記憶させ、
面材の一方の表面と他方の表面に交叉する平面に沿って、面材を切り裂くように、
力F＝FC*／sin(α)（αは下記（２）に記す角度）を切断完了まで加え続ける。
（２） 第１モードで、刃線を面材の表面に対して角度αに傾斜させる。（この角度αは（６０度≦α＜９０度）の範囲の任意の値に固定する。）
（３） 切断刃２２をその刃線４４に平行に一方の表面４５から他方の表面４６に向かう方向に動かし、刃線４４に平行に一定の力FH*+Fcos(α)を一方の表面４５側から他方の表面４６側へ向かう向きに作用させる。
（４） 刃線４４が他方の表面４６に達する直前に、切断刃２２を刃線４４に平行に動かす第１モードを終了する。
（５） 第２モードで、刃線４４を面材１６の表面に対して角度β＝１８０度−αに傾斜させる。
（６） 切断刃２２をその刃線４４に平行に他方の表面４６から一方の表面４５に向かう方向に動かし、刃線４４に平行に一定の力FH*+Fcos(α)を他方の表面４６から一方の表面４５へ向かう向きに作用させる。
（７） 刃線４４が一方の表面４５に達する直前に、切断刃２２を刃線４４に平行に動かす第２モードを終了する。
（８）以下、上記の第１モードと第２モードを交互に繰り返して面材１６全体を切断する。

図７は、上記のような制御を可能にする機構の具体例斜視図である。
レール４２に沿って走行機構４０を走行させ、走行機構４０に取り付けた切断刃駆動装置２４を用いて面材１６を切断する全体構造は、実施例１と同様である。面材１６は図示しない機構によって加工台１４の上に固定されている。切断刃２２はその上端がボルト３６を用いて往復駆動機構２８に固定されている。図の状態では、刃線４４は面材１６の上下面に対してほぼ垂直に支持されている。そして、往復駆動機構２８の制御によって図６で説明した動作を実現する。

図８は往復駆動機構２８の内部構造例を示す説明図である。
図８の（ａ）と（ｂ）と（ｃ）を用いて、図６で説明した通りの動作を実現する説明をする。図８（ａ）において、切断刃２２とボルト３６とピストン５４とは一体に動くように相互に固定されている。５０とピストン５４とはクランクシャフト５２を介して接続されている。ロータ５０が回転すると、クランクシャフト５２は図の上下方向に往復運動する。ピストン５４はこれによって同じく上下に往復運動をする。

一方、ピン６０とボルト３６の先端（図の裏側に向かう方の先端）は、図８（ｃ）に示したガイド板６４の溝に案内されるように組み立てられている。即ち、ピストン５４の下死点付近では、ピストン５４が右側に傾いて図８（ａ）のような状態になる。一方、ピストン５４の上死点付近ではピストン５４が左側に傾いて図８（ｂ）のような状態になる。このような動作を繰り返せば、図６で説明したとおりに切断刃２２が制御できる。上記の図７や図８の構造は一例であって、同様の機能を持つ機構であれば、自由に変更可能であることは言うまでも無い。

実際に押出法ポリスチレンフォーム（厚さ６５ミリ）を切断したときのデータから、上記の切断刃２２の傾斜角α＝９０度にしても、断熱材の材質に応じて、切断刃を往復させる速度や振幅を適切に選択すると滑らかな切断面が得られることがわかった。すなわち、上記のとおりＦとαを求める試行中に、押出法ポリスチレンフォーム（厚さ６５ミリ）では、約１０ミリ間隔で切り口の一部が突き出すように荒れていた。

これは、面材の切断中に生じる図５（ｂ）に示すFHが面材の外側に向かう方向に加わるとき、実際の切断では、切り口の一部が突き出すように荒れる現象は周期的に発生するものと考えられる。上記の試行によって、この荒れの周期性を見つけることができる。この例では、切断刃速度０．４[m/s]で、０．０２５［ｓ］ごとに１回の突き出しが発生した。これより短周期で往復速度を切り替えてやれば、荒れの発生を阻止しあるいは最小限にすることができる。すなわち、切断刃を往復させる振動数を上記の荒れの周期よりも短周期の約４０[回／s]＝約２４００[回／分]にする。

図８（ｄ）の図は、ピストン５４がガイド壁６４に案内されて、傾くことなく直線的に上下運動する構造を示している。この図において、切断刃２２を刃線４４に平行に、往復動させると、一定時間間隔で面材１６の一方の表面４５と他方の表面４６に刃線４４に平行な力が作用する。

即ち、実施例４に示した切断刃２２の傾斜角α＝９０度とし、刃線４４に平行な方向の切断刃の動きとその方向の切り替えを３０００[回／分]とする。こうして押出法ポリスチレンフォーム（厚さ６５ミリ）の切断を実施すると、一方の表面４５あるいは他方の表面４６に極めて近い部分で切り口の一部が突き出すように荒れる現象を防ぐことができる。なお、傾斜角α＝９０度とすると、傾斜角を変更する必要がなく、傾き制御の機械的負荷を無くすことができる。

上記の実施例では、厚さが１００ミリメートル以下の発泡プラスチック製の面材を切断する例を説明した。実証のために、ビーズ法ポリスチレンフォーム、押出法ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、フェノールフォーム、硬質ウレタンフォームについて、それぞれその効果を確認した。

通常は、建物に使用される発泡プラスチック製の断熱材は厚さが３０ミリメートル以上１００ミリメートル以下の範囲で使用される。しかしながら、ビーズ法ポリスチレンフォームは、押出法ポリスチレンフォーム、フェノールフォームのような他の発泡プラスチックに比べて、熱伝導率が大きいので、同じ断熱性能とするためには、より厚くして使用されることが考えられる。

そこで、ビーズ法ポリスチレンフォームについて、さらに厚みを増したものについて、同じ装置が同じ条件で使用できるかどうかを確認した。

このために、厚さが１４０ミリメートル、２００ミリメートルのビーズ法ポリスチレンフォームについて、実施例４と実施例５に記載の装置で、実際に切断したところ、同様の結果を得ることができた。このことから実施例４、実施例５に記載の切断理論が１００ミリメートルを越える２００ミリメートルまでの実用範囲でのビーズ法ポリスチレンフォームにも成り立つことがわかった。

１２ 切断装置
１４ 加工台
１６ 面材
１８ 位置決め装置
２０ クランプ装置
２２ 切断刃
２４ 切断刃駆動装置
２６ 振れ止め装置
２８ 往復駆動機構
３０ 支持機構
３２ 角度調整機構
３４ 金具
３６ ボルト
３８ 孔
４０ 走行機構
４２ レール
４４ 刃線
４５ 一方の表面
４６ 他方の表面
５０ ロータ
５２ クランクシャフト
５４ ピストン
６０ ピン
６４ ガイド板
６６ ガイド壁

Claims (5)

1. 発泡プラスチック製の面材を固定する装置と、面材を切断する切断刃と、この切断刃の動作を制御する切断刃駆動装置とを備え、面材の表面に対して切断刃の刃線を角度θに傾斜させて、面材の表面に平行な向きに力Ｆを作用させながら、切断刃を移動させて面材を切断して、面材の断面及びFHが面材の内側に向かう方向に加わる一表面が良好なときの、力Ｆ*と傾斜角θ*を予め求め、F*= FC*／sin(θ*)となるFC*および、F*=FH*/ cos(θ*) となるFH*を算出し、定数パラメータとして上記切断駆動装置に記憶させ、この切断刃駆動装置が以下の制御を実行する面材の切断装置。
   （１）面材の一方の表面と他方の表面に交叉する平面に沿って、面材を切り裂くように、力F＝FC*／sin(α)（αは下記（２）に記す角度）を切断完了まで加え続ける。
   （２） 第１モードで、刃線を面材の表面に対して角度α（６０度≦α＜９０度）に傾斜させる。
   （３） 切断刃をその刃線に平行に一方の表面から他方の表面に向かう方向に動かし、刃線に平行に一定の力FH*+Fcos(α)を一方の表面側から他方の表面側へ向かう向きに作用させる。
   （４） 刃線が他方の表面４６に達する直前に、切断刃を刃線に平行に動かす第１モードを終了する。
   （５） 第２モードで、刃線を面材の表面に対して角度β＝１８０度−αに傾斜させる。
   （６） 切断刃をその刃線に平行に他方の表面４６から一方の表面に向かう方向に動かし、刃線に平行に一定の力FH*+Fcos(α)を他方の表面から一方の表面へ向かう向きに作用させる。
   （７） 刃線が一方の表面に達する直前に、切断刃を刃線に平行に動かす第２モードを終了する。
   （８）以下、上記の第１モードと第２モードを交互に繰り返して面材全体を切断する。
   
2. 厚みが３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の発泡プラスチック製の面材を固定する装置と、面材を切断する切断刃と、この切断刃の動作を制御する制御装置とを備え、面材の表面に対して切断刃の刃線を角度θに傾斜させて、面材の表面に平行な向きに力Ｆを作用させながら、切断刃を移動させて面材を切断して、面材の断面及びFHが面材の内側に向かう方向に加わる一表面が良好なときの、力Ｆ*と傾斜角θ*を予め求め、F*= FC*／sin(θ*)となるFC*および、F*=FH*/ cos(θ*) となるFH*を算出し、定数パラメータとして上記切断駆動装置に記憶させ、この切断駆動装置が以下の制御を実行する面材の切断装置。
   （１）面材の一方の表面と他方の表面に交叉する平面に沿って、面材を切り裂くように、力F＝FC*を切断完了まで加え続ける。
   （２） 刃線を面材の表面に対して直角に向ける。
   （３） 切断刃をその刃線に平行に往復動させ、刃線が移動する向きにFH*を作用させる。
   （４） 上記往復動の振幅を１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲に設定する。
   （５） 上記の往復動の振動数を毎分１０００回以上７０００回以下に設定する。
3. 厚みが３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の発泡プラスチック製の面材を固定する装置と、面材を切断する切断刃と、この切断刃の動作を制御する制御装置とを備え、面材の表面に対して切断刃の刃線を角度θに傾斜させて、面材の表面に平行な向きに力Ｆを作用させながら、切断刃を移動させて面材を切断して、面材の断面及びFHが面材の内側に向かう方向に加わる一表面が良好なときの、力Ｆ*と傾斜角θ*と発生した荒れの周期を予め求め、F*= FC*／sin(θ*)となるFC*および、F*=FH*/ cos(θ*) となるFH*を算出し、定数パラメータとして上記切断駆動装置に記憶させ、この制御装置が以下の制御を実行する面材の切断装置。
   （１）面材の一方の表面と他方の表面に交叉する平面に沿って、面材を切り裂くように、力F＝FC*を切断完了まで加え続ける。
   （２） 刃線を面材の表面に対して直角に向ける。
   （３） 切断刃をその刃線に平行に往復動させ、刃線が移動する向きにFH*を作用させる。
   （４） 上記往復動の振幅を１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲に設定する。
   （５） 上記の往復動の振動数を上記の荒れの周期よりも短周期に設定する。
4. 厚みが１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下のビーズ法ポリスチレンフォーム製の面材を固定する装置と、面材を切断する切断刃と、この切断刃の動作を制御する制御装置とを備え、面材の表面に対して切断刃の刃線を角度θに傾斜させて、面材の表面に平行な向きに力Ｆを作用させながら、切断刃を移動させて面材を切断して、面材の断面及びFHが面材の内側に向かう方向に加わる一表面が良好なときの、力Ｆ*と傾斜角θ*を予め求め、F*= FC*／sin(θ*)となるFC*および、F*=FH*/ cos(θ*) となるFH*を算出し、定数パラメータとして上記切断駆動装置に記憶させ、この切断駆動装置が以下の制御を実行する面材の切断装置。
   （１）面材の一方の表面と他方の表面に交叉する平面に沿って、面材を切り裂くように、力F＝FC*を切断完了まで加え続ける。
   （２） 刃線を面材の表面に対して直角に向ける。
   （３） 切断刃をその刃線に平行に往復動させ、刃線が移動する向きにFH*を作用させる。
   （４） 上記往復動の振幅を１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲に設定する。
   （５） 上記の往復動の振動数を毎分１０００回以上７０００回以下に設定する。
5. 厚みが１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下のビーズ法ポリスチレンフォーム製の面材を固定する装置と、面材を切断する切断刃と、この切断刃の動作を制御する制御装置とを備え、面材の表面に対して切断刃の刃線を角度θに傾斜させて、面材の表面に平行な向きに力Ｆを作用させながら、切断刃を移動させて面材を切断して、面材の断面及びFHが面材の内側に向かう方向に加わる一表面が良好なときの、力Ｆ*と傾斜角θ*と発生した荒れの周期を予め求め、F*= FC*／sin(θ*)となるFC*および、F*=FH*/ cos(θ*) となるFH*を算出し、定数パラメータとして上記切断駆動装置に記憶させ、この制御装置が以下の制御を実行する面材の切断装置。
   （１）面材の一方の表面と他方の表面に交叉する平面に沿って、面材を切り裂くように、力F＝FC*を切断完了まで加え続ける。
   （２） 刃線を面材の表面に対して直角に向ける。
   （３） 切断刃をその刃線に平行に往復動させ、刃線が移動する向きにFH*を作用させる。
   （４） 上記往復動の振幅を１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲に設定する。
   （５） 上記の往復動の振動数を上記の荒れの周期よりも短周期に設定する。

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